Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №39/2004

В ПОМОЩЬ МОЛОДОМУ УЧИТЕЛЮ

Из опыта работы

 

РАЗВИТИЕ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ УЧАЩИХСЯ
ПРИ ИЗУЧЕНИИ
ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Новый взгляд на возможность использования
понятия «степень окисления» в школьной практике

В процессе обучения довольно часто не принимается в расчет соотношение логического и методического подходов. А это очень важно, т.к. вопросы логики имеют только однозначное толкование в отличие от вопросов методики, характеризующихся альтернативными возможностями (подходами). Например, Ю.В.Ходаков в своей брошюре [1] справедливо указывал на это еще в 1958 г. В частности, он так поясняет вышесказанное: законы логики требуют изучать реакции замещения (в отличие от реакций соединений и разложения) только после того, как ученики познакомились с атомно-молекулярным учением (теорией); другая последовательность в изучении будет противоречить логике развития этого понятия. Что же касается места изучения этого понятия, то этот вопрос неоднозначен: после изучения атомно-молекулярной теории подходить к изучению реакций замещения можно в разделе «Первоначальные химические понятия», а можно в разделе «Водород. Кислоты. Соли».
С точки зрения логики понятие «степень окисления» не может быть рассмотрено, пока не сформированы такие понятия, как «валентность», «строение атома», «химическая связь» («ионная», «ковалентная»), «электроотрицательность».
В отечественной методической литературе понятие «степень окисления» стало активно использоваться с середины 1950-х гг. Подробно методика использования этого понятия при изучении закономерностей химии была дана одним из авторов данной статьи в своей кандидатской диссертации [2]. Приятно отметить, что теоретические аспекты понятия «степень окисления» были рассмотрены в России еще раньше [3–5].
В современных школьных российских учебниках по химии это понятие рассматривается только как инструмент для подбора коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях. В данной статье мы попытаемся обратиться к рассмотрению более важной стороны понятия «степень окисления», которое можно использовать для развития и активизации мыслительной деятельности учащихся на протяжении последующего изучения курса химии.
Мы рекомендуем учителю так организовать процесс обучения, чтобы ученики могли четко усвоить (и понять) следующее важное положение: классификация химических реакций на основе изменения/неизменения степени окисления атомных частиц* является наиболее общей из всех известных. (Впоследствии школьники познакомятся с другой глобальной классификацией: самопроизвольное и несамопроизвольное протекание химических реакций.)
Поэтому в своей практике при изучении элементов мы рассматриваем учебный материал о простых и сложных веществах в такой последовательности: а) реакции, происходящие с изменением степени окисления; б) реакции, происходящие без изменения степени окисления. Тогда для простых веществ будут прежде всего характерны реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления (процессы окисления и восстановления), т.к. степень окисления в простых веществах равна нулю. Для сложных же веществ возможны как реакции с изменением степени окисления атомных частиц, так и без изменения степени окисления.
Из этого следует, что учителю необходимо не отступать от логики при изучении всего курса химии [1, 6, 7]. Придерживаться логики следует научить и своих учеников при рассмотрении любых вопросов, касающихся свойств простых и сложных веществ.
Уточним, какой смысл мы вкладываем в основные термины, используемые при обучении.
В отличие от несколько запутанных и поэтому малопонятных для школьников определений степени окисления мы предлагаем следующую формулировку: степень окисления – это число смещенных электронов от одной атомной частицы к другой в химическом соединении (независимо от того, частично или полностью смещены электроны). Наиболее часто понятие «степень окисления» используется в тех случаях, когда речь идет о соединениях с ковалентной полярной связью, т.к. степень окисления в ионных соединениях равна заряду иона.
Тогда окисление – это повышение величины степени окисления, а восстановление – ее понижение (в зависимости от числа смещенных электронов).
Восстановитель – это вещество, содержащее атомную частицу, у которой в реакции повышается величина степени окисления.
Окислитель – вещество, содержащее атомную частицу, у которой в реакции понижается величина степени окисления.

Покажем теперь на некоторых примерах (часть из них учитель может использовать при работе с сильными учениками) основы используемой нами методики.

Пример 1. Тема «Сера и ее соединения»

 

Пример 2. Тема «Подгруппа азота»

Какие выводы можно сделать из рассмотренных примеров? (Хорошо, если выводы смогли бы сделать сами ученики!)
Первый вывод. Простые вещества – неметаллы – могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях как в качестве окислителей, так и в качестве восстановителей.
Второй вывод. Соединения неметаллов, т.е. сложные вещества, в зависимости от партнеров могут выступать в трех разных ролях: а) как восстановители; б) как окислители; в) как вещества, не изменяющие степень окисления.
Ученики при этом могут попытаться самостоятельно определить направление реакции между заданными веществами, а также окислитель и восстановитель на основе вычисленных значений степеней окисления атомов.
Покажем это на следующем задании. Пусть классу предложено определить, может ли произойти химическая реакция между сероводородом и бромом. Примерный ход рассуждений учащихся следующий.
1) Сначала записать формулы исходных веществ и указать степени окисления атомных частиц в заданных веществах:

2) Поскольку атомная частица серы в соединении H2S находится в самой низшей степени окисления, то она будет окисляться. Значение величины степени окисления будет повышаться не менее чем до 0.
3) Бром Br2 как галоген может окислять сероводород. При этом бром будет окислителем, в реакции он понижает степень окисления от 0 до –1.
4) Реакция между этими веществами может быть оценена как возможная и записана в следующем виде:

5) Затем расставляются коэффициенты:

(С сильными учениками можно рассмотреть вариант этой реакции, происходящий при участии воды:

Аналогичным образом можно подводить учащихся и к решению других примеров.
Обратим внимание, что единственным однозначным критерием, определяющим возможность осуществления той или иной реакции в конкретном направлении, является значение свободной энергии, или энергии Гиббса
. Поэтому примеры, в которых можно определить возможность осуществления той или иной реакции только по значениям степеней окисления, следует подбирать, руководствуясь вышеизложенным положением.
Изучение раздела «Неметаллы» показывает учащимся, что неметаллы – простые вещества – выступают как в роли окислителей, так и в роли восстановителей. При этом чем правее и выше в таблице периодической системы химических элементов расположен элемент-неметалл, образующий данное простое вещество, тем большими окислительными свойствами обладают его атомные частицы. Другими словами, чем больше значение электроотрицательности элемента по шкале Л.Полинга, тем выше его окислительные свойства. Поэтому в бинарных соединениях, содержащих атомные частицы металлических и неметаллических элементов, степень окисления неметалла – отрицательная. В аналогичных соединениях, содержащих атомные частицы разных неметаллов, положительное значение величины степени окисления имеет элемент, расположенный в таблице Менделеева левее и ниже.


* Атомные частицы – это свободные атомы, ионы и ковалентно связанные атомы в химических соединениях.

Окончание следует

Г.И.ШЕЛИНСКИЙ,
доктор педагогических наук, профессор,
С.В.ТЕЛЕШОВ,
учитель, кандидат педагогических наук
(Санкт-Петербург)